Инверторы для солнечных батарей: виды и особенности

Сколько служат солнечные батареи?

Срок службы солнечных батарей

Производители часто указывают срок эксплуатации – 20-30 лет (в среднем -25 лет). На протяжении указанного периода устройство может работать без потери мощности, сбоев. Однако это не значит, что по окончании данного срока модули перестанут функционировать. Это заблуждение, т. к. солнечные батареи могут служить намного дольше (до 60 и более лет, как первая из запущенных в эксплуатацию конструкций). Только в данном случае будет постепенно снижаться производительность. Но скорость развития этого процесса низкая. Так, за 10 лет батареи могут потерять не более 10% мощности.

При регулярной эксплуатации, максимальной нагрузке модули быстрее теряют свойства. Чтобы остановить этот процесс, а также увеличить срок службы устройства, рекомендуется придерживаться рекомендаций:

обеспечение защиты фотоэлементов: необходимо снизить вероятность механического повреждения, солнечные батареи нужно устанавливать на участках, где риск падения деревьев нулевой, а также уровень воздействия ветровой нагрузки умеренный (что позволит исключить срыв ветром);
установка на открытой местности ветрозаградительных конструкций;
выполнение обслуживания, своевременная очистка модуля от сора.

В продаже есть также готовые комплекты – устанавливаются преимущественно для энергообеспечения частного жилья. Они состоят из батарей, силовой электроники. Длительность эксплуатации каждого из элементов, узлов разная. Так, батареи могут прослужить 2-15 лет, силовая электроника – до 20 лет.

Плюсы и минусы

При выборе инверторного оборудования нужно знать его положительные и отрицательные качества. Для удобства сведем их в таблицу.

Преимущества	Недостатки
Возможность использования в автономном режиме.	Отключение при полном разряде АКБ, что приводит к сбоям в работе.
Применение на напряжение 220 или 380В в зависимости от типа.	Нет возможности эксплуатировать изделие при отсутствии напряжения в сети.
Удобство установки и настройки.	При поломке одного из элементов (контроллер, инвертор) необходимо выводить из работы все устройство.
Отсутствие шума во время работы.	Высокая стоимость.
Нет вредных выбросов, опасных для атмосферы.	Большой ток холостого хода на большей части моделей.
Возможность применения в системах с разными параметрами на входе.
Возможность зарядки АКБ.
Программирование режимов потребления.
Продажей «лишней» энергии по зеленому тарифу.
Независимость от стационарной сети.

Инверторы автономного типа

Инверторы автономного типа работают в составе солнечных электростанций, обеспечивающих автономное электроснабжение потребителей электрической энергии. Технические устройства данного типа преобразуют накопленную в аккумуляторах энергию до требуемых параметров и обеспечивают надежность автономного электроснабжения.

В зависимости от формы выходного сигнала по току, инверторы данного типа подразделяются на: синусоидальные и квази-синусоидальные.

Синусоидальные инверторы обладают лучшими техническими показателями, но больше по габаритным размерам и стоимости, нежели квази-синусоидальные, что определяет сферу их использования и распространение на рынке подобных устройств.

Гибридный инвертор: оценка возможностей

Использование возобновляемой энергии солнца в комбинации с централизованным электроснабжением дает ряд преимуществ. Нормальное функционирование гелиосистемы невозможно без одного из ключевых элементов – инвертора.

Инвертор гелиосистемы – устройство для конвертации постоянного тока (DC), поступающего от фотоэлектрических панелей, в переменную электроэнергию. Именно на токе напряжением 220 В работает бытовая техника. Без инвертора выработка энергии бессмысленна.

Провести оценку возможностей гибридной модели лучше в сравнении с особенностями работы его ближайших конкурентов – автономных и сетевых «конвекторов».

Сетевой инвертор. Устройство работает на нагрузки общей электросети. Выход от преобразователя подсоединен к потребителям электроэнергии, сети АС. Схема отличается простотой, но имеет несколько ограничений:

работоспособность при доступности переменного тока в сети;
напряжение электросети должно быть относительно стабильным и соответствовать рабочему диапазону преобразователя.

Разновидность востребована в частных домах с действующим «зеленым» тарифом на электрификацию.

Днем при минимальном энергопотреблении, выработанный ток поступает в сеть по «зеленым» расценкам, с вечера до утра здание «подпитывается» от централизованного снабжения электричеством

Автономный инвертор. Прибор запитывается от аккумулятора, который получает заряд от солнечных панелей через МРРТ-контроллер. В системе используются батареи разных типов, в том числе высокотехнологичные литиевые аккумуляторы.

При максимальном «наполнении» аккумулирующего устройства излишек электроэнергии передается на вход инвертора, выход которого подсоединен с конечными потребителями АС. В случае недостатка солнечной активности энергия берется из аккумуляторных батарей и проходит «конвертацию» через инвертор напряжения.

Особенности работы автономной установки:

возможность независимой работы при отсутствии сетевого переменного тока;
некоторые модели поддерживают режим функционирования по «зеленому» тарифу;
КПД установок – 90-93%.

Для обеспечения абсолютной автономности объекта требуется точный расчет мощности гелиопанелей и достаточная энергоемкость аккумулятора.

Вариант независимого использования инвертора без включения в систему централизованного сетевого подключения. Автономный преобразователь востребован в местности с полным отсутствием или низким качеством подачи электричества

Гибридный инвертор. Модель отличается от выше описанных устройств особой «архитектурой» изготовления. Внутри предусмотрена особая электросхема, позволяющая в режиме преобразователя параллельно функционировать с источником тока (сетью, генератором).

Одновременно идет питание нагрузки от центральной сети и солнечных батарей, при этом функция приоритета отведена поставщику постоянного тока.

Гибридный преобразователь позволяет максимально эффективно потреблять энергию солнца, не переключаясь с сети электроснабжения от центральной станции или генератора

Конкурентные преимущества заложены в многофункциональности инверторов гибридного типа:

Сеть – своего рода вместительный аккумулятор с КПД в 100%. Все излишки, выработанные фотоэлектрическими пластинами можно перенаправить в центральную сеть по «зеленому» тарифу.
Обеспечение бесперебойного питания. При отключении основного электропитания система перестраивается в автономный режим, защищая всех потребителей от «скачков» напряжения.
Повышение лимита мощности сети при пиковых нагрузках за счет добавления энергии от аккумуляторно-инверторного комплекса.

При спаде потребления гелиокомплекс переход в режим зарядки и через время вновь готов к использованию. Функция удвоенной мощности может обозначаться: Smart Boots, Power Shaving, Grid support.

Добавление мощности происходит по следующим принципам:

если используемая мощность ниже предельного сетевого потребления, то кроме питания нагрузки осуществляется заряд аккумулирующей батареи;
в отсутствии напряжения в сети расходуется электроэнергия, полученная от аккумулятора и преобразованная инвертором;
если нагрузка превышает граничное значение мощности сети, то недостаток восполняется аккумулированной электроэнергией от солнечной батареи.

Перечисленные режимы работы способны поддерживать гибридные модели с зарядным устройством.

Некоторые многофункциональные инверторы рассчитаны на одновременное подключение нескольких линий переменного тока для автоматического ввода резерва. Высокотехничные модели самостоятельно регулируют заряд аккумулятора

Виды солнечных панелей

Солнечные батареи функционируют долго, могут вырабатывать постоянный ток, даже если погода пасмурная. Вместе с тем появляется возможность предупредить возникновение скачков напряжения. Как результат, техника на объекте, подключенная к такому источнику электроэнергии, служит дольше, т. к. созданы более щадящие условия эксплуатации (исключается риск повышения, падения напряжения, отключение питания).

Модуль представляет собой панель, состоящую из нескольких преобразователей, объединенных между собой. Чтобы изменить характеристики солнечной батареи, добавляют такие конструкции. Но эффективность работы подобных устройств зависит не только от количества модулей, а еще и от того, насколько правильно была выполнена установка (учитывают углы наклона панелей, интенсивность солнечного освещения на участке). Модули представлены видами:

Монокристаллические. Производятся из чистого материала – монокристаллического кремния. Его отличает высокие показатели эффективности. Причем КПД солнечных элементов – около 22%, а панелей на их основе – не более 18%. Такие модули рекомендуется применять в местности, где уровень освещенности часто низкий.

Монокристаллическая солнечная панель

Поликристаллические. По стоимости они предпочтительнее, т. к. производятся из мультикристаллических пластин. Еще одна причина низкой цены – недостаточно высокая производительность. Рекомендуется применять такие модули, если в местности сравнительно одинаковый уровень освещенности в разное время, отсутствуют резкие перепады.

Поликристаллические солнечные панели

Аморфные. Другое название – тонкопленочные солнечные батареи. Они отличаются универсальным действием (применяются на разных объектах, в различных целях). Могут устанавливаться там, где жаркое солнце внезапно сменяется облачной погодой. Теоретически аморфные панели в будущем будут использоваться не только на крышах, но и на сумках, других бытовых изделиях. Минусом таких панелей является более низкая производительность, если сравнивать с поли-, монокристаллическими.

Тонкопленочные (аморфные) солнечные панели

Гетероструктурные. Считаются наиболее эффективными, их КПД достигает 25%. Панели вырабатывают электроэнергию при солнечной и пасмурной погоде. В России такую продукцию представляет марка «Хевел». Компания-производитель разрабатывает и внедряет собственную технологию производства гетероструктурных панелей.

Гетероструктурные солнечные панели

Основные элементы конструкции:

аккумулятор, позволяющая устранить перепады напряжения, вызванные изменением освещенности панели, а еще одна накапливает энергию;
инвертор – преобразователь тока (из постоянного в переменный);
контроллер: обеспечивает стабильную работу модуля, т. к. контролирует все параметры (температуру, зарядное напряжение аккумулятора и др.).

В продаже встречаются готовые системы, а также отдельные элементы для сбора с учетом собственных потребностей.

Критерии выбора преобразователя

При выборе такого элемента гелиосистемы как инвертор важна не только геометрия сигнала на выходе, но и его мощность. Специалисты советуют укомплектовывать солнечные батареи преобразователями, номинальная мощность которых выше суммарной мощности, имеющейся в томе техники, процентов на 25 – 30.

Необходимо также учитывать нагрузку, возникающую при единовременном включении нескольких приборов с большой пусковой мощностью.

Еще одним критерием при выборе инвертора является его КПД, определяющей потери энергии на сопутствующие процессы. В зависимости от модели он имеет разное значение, находящееся в пределах 85-95%. Оптимальный выбор — КПД не ниже 90%.

Инверторы бывают как однофазными, так и трехфазными. Первые отличаются более низкой стоимостью, но выбор их оправдан, когда потребляемая мощность составляет менее 10 кВт. Величина напряжения у них составляет 220В, а частота 50Гц. Трехфазные инверторы имеют диапазон напряжений более широкий — 315, 400, 690В.

Производители качественного оборудования укомплектовывают свои изделия трансформаторами выхода. Существует зависимость между весом инвертора и его техническими характеристиками — если на каждый кг его массы приходится 100 Вт мощности, значит, трансформатор включен в его схему

Разным может быть и количество инверторов в системе. В этом вопросе следует руководствоваться следующими рекомендациями: если мощность солнечных батарей не превышает 5 кВт, то для такой системы достаточно одного инвертора. Для батарей большей мощности может потребоваться 2 и больше инвертора. Оптимально, когда один инвертор приходится на каждые 5 кВт.

Преобразователи могут отличаться друг от друга схемами, геометрией выходного сигнала, другими определяющими величинами. Отдельные преобразователи комплектуют зарядными устройствами. Если выйдет со строя один из инверторов, система не прекратит свою работу.

Размеры панелей

Ошибка №11
Чем больше, тем мощнее, а значит лучше.

Например, попадаются экземпляры на 12В, где в одном корпусе собрано не 36 элементов, как в стандартном варианте, а сразу 72шт. Две цепочки по 36шт включенных параллельно.

Однако во-первых, при монтаже больших размеров высока вероятность повреждения панелей.

А дальше монтажной коробки они не ремонтопригодны.

Кстати, по поводу этой коробки. В последних моделях она как правило залита компаундом и доступа к контактам и диодам вы не имеете.

Ошибка №12
В старых моделях она “пустая”.

Некоторые этим пользовались и переподключали контакты самостоятельно, делая из 12 вольтовой панельки 24-х вольтовую.

Параметры выбора инвертора солнечной батареи

Эффективность работы преобразователя и всей системы электрообеспечения во многом зависит от грамотного выбора параметров оборудования. Кроме вышеописанных характеристик следует оценить:

выходную мощность;
тип защиты;
рабочую температуру;
габариты установки;
КПД;
наличие дополнительных функций.

Мощность. Номинал «солнечного» инвертора подбирается из расчета максимальной нагрузки на сеть и предполагаемого времени автономной работы. В пусковом режиме преобразователь способен отдавать кратковременное повышение мощности на момент ввода в эксплуатацию емкостных нагрузок. Такой период характерен при включении посудомоечных, стиральных машин или холодильников.

При использовании ламп освещения и телевизора подойдет маломощный инвертор на 500-1000 Вт. Как правило, требуется расчет суммарной мощности эксплуатируемой техники. Нужная величина указывается непосредственно на корпусе прибора или в сопроводительном документе.

Полученное значение желательно увеличить на 20-30% — это и будет требуемая выходная мощность инвертора. Например, суммарная мощность оборудования составляет 500 Вт/ч, срок автономной работы – 5 ч. Расчет: 500 Вт/ч*5ч*1,2=3000 Вт/ч

Уровень защиты. Качественный солнечный инвертор должен иметь несколько ступеней защиты. Возможные варианты: система принудительного охлаждения, предупреждение короткого замыкания, защита от провалов и выбросов напряжения в сети.

Немаловажно – наличие герметичного укрепленного корпуса, предупреждающего попадание вовнутрь частиц пыли, влаги. Показатель защиты электрооборудования нормируется согласно стандартизации IEC-952

Индекс обозначается как IP AB, где А – уровень защищенности от проникновения посторонних частиц вовнутрь устройства, В – выносливость к воздействию влагой

Для условий эксплуатации на открытом воздухе подойдут модели с индексом «IP65» — прочность и надежность инвертора допускает его применение во внешней атмосфере.

Рабочая температура. Широкий интервал значений – показатель достойного качества сборки инвертора. Величина показателя особо актуальна при размещении преобразователя в неотапливаемом помещении.

Габариты установки. Вес – косвенный показатель качества инвертора. Существует мнение – чем тяжелее преобразователь, тем он мощнее. Это объясняется наличием в высокомощном оборудовании трансформатора. В «облегченных» моделях отсутствие трансформатора может стать причиной поломки инвертора при подаче высокого пускового тока.

Согласно наблюдениям, один килограмм веса солнечного преобразователя соответствует выходной мощности 100 Вт. Габариты инвертора определяют способ его монтажа

КПД. Специалисты рекомендуют приобретать «конвекторы» тока с КПД от 90%. Только с таким параметром работа гелиосистемы будет эффективной, а ее обустройство целесообразным. Потеря 10% солнечной энергии – недопустимая «роскошь».

Дополнительный функционал. Расширенные возможности влияют на стоимость оборудования и не всегда востребованы. Однако некоторые опции оправдывают затраченные средства. К полезным и необходимым «девайсам» относятся:

автоматическое добавление инверторной мощности к электроэнергии сети;
регулировка периода зарядки аккумуляторной батареи;
выбор приоритетного источника тока;
поддержание работы с аккумуляторами разного типа (щелочными, литий железно-фосфатными, гелевыми, AGM, кислотными);
возможность комбинированной работы с сетевым преобразователем;
установка показателя напряжения — предупреждение «скачков» сетевого напряжения;
возможность модернизации инвертора за счет обновления прошивок.

Современные преобразователи могут подключаться к ПК для программирования и мониторинга.

Для отслеживания работы оборудования и электросетей компании производители предлагают бесплатное программное обеспечение. Интересная опция – возможность отправки СМС-оповещения о состоянии системы по запросу пользователя

Выбор инвертора

Рассмотрим, как надо выбирать сетевой солнечный инвертор. Оптимальный вариант — приобретение готового комплекса приборов с подобранными параметрами. Выбор отдельного инвертора представляет собой задачу, довольно сложную для неподготовленного человека. Однако, часто приходится покупать прибор под готовый набор солнечных модулей.

Принято руководствоваться следующими показателями:

согласование входного напряжения и мощности
способы защиты
диапазон рабочих температур
наличие нескольких режимов
КПД

Необходимо иметь в виду, что многие потребителя в момент запуска создают повышенную пусковую нагрузку. Если мощность инвертора подобрана неправильно, пиковые значения быстро выведут прибор из строя

Кроме этого, надо обращать внимание на допустимые значения температуры, так как инвертор чувствителен к этому показателю

Как работает инвертор

Инвертор для солнечных батарей нужен для того, чтобы преобразовывать постоянный ток в переменный, с показателем напряжения 220 вольт. Как известно, это стандартное напряжение, потребляемое всеми бытовыми электрическими приборами.

Существуют разные преобразователи, каждый из которых имеет свое назначение и особенности. Если планируется установка преобразователя для солнечных панелей, следует заранее определиться с количеством бытовых электроприборов, учитывая при этом их уровень потребления. Показатели мощности, в данном случае, суммируются — с учетом единицы времени, а мощность инвертора необходимо брать с существенным запасом.

Если речь идет о преобразователе автономного типа, следует учитывать наличие пикового скачка показателя U. Причиной его возникновения, как правило, является то, что часть бытовой электротехники может вызвать существенный перепад напряжения в общей сети. Если мощность, потребляемая приборами, во время скачка дойдет до определенного пика, преобразователь выходит из строя. Такой вариант всегда необходимо учитывать.

Также существуют синхронные преобразователи тока, обладающие способностью накопления электрической энергии в аккумуляторе. Будучи включенным в гелиосистему, синхронный инвертор обеспечивает «отток» лишней энергии в общую сеть. Когда же ее, наоборот, недостает, преобразователь компенсирует недостаток из той же общей электросети. Такой вид преобразователя очень экономичен, безопасен и удобен, потому что проблем с электричеством в доме не будет никогда.

Самыми дорогостоящими являются инверторы с расширенным функционалом. Они представляют собой смешанный тип устройств, но стоят очень дорого. И это, пожалуй, единственное препятствие для их массового потребления.

Виды инверторов для солнечной батареи

Существует множество разновидностей данных приборов. И выбрать их не так-то просто.

Модифицированные или сетевые инверторы

В основе производства лежат диоды варикапы. У них есть низкочастотный модулятор. Это позволяет совершать вариации. Они отлично подойдут к круглым солнечным панелям. Большинство из них обладают проводностью более 40 мк. У них есть подкладки в изоляторах. Существуют даже такие, которые работают сквозь контроллер подзарядки.

У выпрямителей для инверторов имеется частота около 30 Гц, а иногда и выше.

Сетевой инвертор для солнечных батарей имеет следующие плюсы:

Малый размер.
Хорошая защита.
Малое потребление энергии.
Быстрая конвертация напряжения.

Иногда в корпусе инвертора встроен контроллер. Многие продавцы называют данный прибор гибридным. Но в действительности это не так, он комбинированный.

Гибридный инвертор

Сочетает в себе особенности всех остальных устройств данного типа. Это самый дорогой, но наиболее подходящий инвертор для солнечных батарей.

Гибридный прибор может дополнительно приобретать нагрузку из сети и АКБ. У него в приоритете постоянное напряжение. Если по каким-то причинам в аккумуляторе будет мало тока, то он возьмет его из сети.

Инверторы работающие в автономном режиме

Отлично подойдут для СБ разной мощности. Работают даже в момент возникновения перенапряжения до 4А. Идут на 3-и обкладывания. На них можно встретить обозначение «OFF Grid». Они не контактируют с бытовой сетью. Мощность может быть от 100 – 8000 ват.

Если встретился прибор с пометкой On Grid то это означает что у него есть дополнительная функция. Он может контролировать амплитудные перепады и частоту.

Если внешняя сеть выдает неисправность автономный инвертор отключится.

Со стороны многократного тока инвертор выбирают как следует из номинальной мощности солнечных панелей.
Ежели суммарная мощность применяемых в жилище устройств меньше возможных полномочий солнечной электростанции, тогда избытки произведенной электричества попадают во наружные электрические сети.
В случае если же мощности мало для нормальной работы домашних устройств, тогда осуществляется подпитка извне.
При неимении напряжения кормление сервируется от заряженного аккума. В случае, когда в систему не интегрированы аккумуляторные батареи, энергия, сделанная солнечной электростанцией, уходит в единую сеть.
Сетевые фотоэлектрические инверторы с великой эффективностью употребляют энергию, получаемую от солнечных батарей.

Основные плюсы:

Стоимость в пределах нормы.
Быстро преобразуют напряжение.
Стабильно работают при высокой влажности.
Легко устанавливается пониженный варикап.
Имеется подстройка частоты.
Электрическая проводимость пониженная.

Генерируют сигнал: 1) псевдо синусоидальный; 2) прямоугольный; 3) синусоидальный. Может встречаться название миандровые. То есть это не синусоидальные.

Первый имеет следующие особенности

Нечто среднее между двумя другими сигналами. Его особенности:

Небольшая стоимость.
Все приборы отлично работают.
Генерирует шумовые волны, создает помехи.
Чувствительные приборы при наличие данного сигнала работать не могут.

Характеристики второго

Лучше всего использовать этот тип для передачи напряжения к световым устройствам.

Особенности:

Работают просто и понятно.
Стоимость низкая.
Не защищены от скачков напряжения.
Подходят не для каждого бытового прибора. Могут быть с ним просто не совместимы.

Синусоидальный сигнал и его характеристики

Продуцируют хороший ток с нужной синусоидой. Отлично подойдет для крупной бытовой техники.

Основные особенности:

Защищает технику от резкого изменения напряжения.
Стоят дорого.

Чем отличаются сетевые инверторы от автономных?

Автономные способны функционировать без доп АКБ. Работают данные приборы только с теми устройствами, которые способны выполнять контроль мощности. Когда мощность в норме они подключаются автоматически и генерируют электричество. В них встроены стандартные розетки.

Сетевые требуют приборы, которые будут заряжать АКБ. Так же у них есть специальные штуки, позволяющие не перепутать полярность при подключении. Они контролируют зарядку батареи.

Выводы и полезное видео по теме

Понятие «гибридного инвертора», его устройство, функции и варианты исполнения:

Обзор возможностей, режимов работы и эффективности использования многофункционального преобразователя InfiniSolar на 3 кВт:

Проектирование солнечной системы электроснабжения – сложная и ответственная задача. Расчет необходимых параметров, подбор составных компонентов гелиокомплекса, подключение и ввод в эксплуатацию лучше доверить профессионалам.

Допущенные ошибки могут привести к сбоям в системе и неэффективному использованию дорогостоящего оборудования.

А может вы заметили неточности или несоответствия в изложенном материале? Или хотите дополнить теорию практическими рекомендациями, основываясь на личном опыте? Напишите нам об этом, поделитесь своим мнением.

Список источников

sovet-ingenera.com
solar-energ.ru
altenergiya.ru
kachestvolife.club
SamElectric.ru
ArduinoPlus.ru
electricavdome.ru

Для чего нужен и как работает инвертор солнечных батарей